可观测的宇宙中有多少原子 算出这个需要哪些步骤？

　　宇宙中的所有物质——无论大小、年轻或年老——都是由原子组成的。

　　这些积木中的每一个都由带正电的原子核（由质子和中子组成）和带负电的轨道电子组成。一个原子的质子、中子和电子的数量决定了它在元素周期表中属于哪个元素，并影响它与周围其他原子的反应。你在你周围看到的一切只是不同原子以独特方式相互作用的一种配置。

　　如果一切都是由原子构成的，那么，你们知道宇宙中会有多少原子吗？

　　据《卫报》报道，从“小”开始，一个普通人体内大约有 7 个 octillion 或 7x10^27（7 个后跟 27 个零）原子。一个人体内的原子数量是如此之大，你很可能会认为确定整个宇宙中有多少个原子是不可能。当然，你是对的：因为我们不知道宇宙到底有多大，所以我们无法找出其中有多少原子。

　　然而，可以使用一些宇宙学假设和一些数学来粗略计算出可观测宇宙（我们可以看到和研究的宇宙部分）中有多少原子，会有哪些步骤呢？

　　可观测的宇宙

　　宇宙是在138 亿年前的大爆炸期间创造的。当它爆炸存在时，从一个无限质量和温度的点开始，宇宙开始向外膨胀，此后一直没有停止。

　　因为宇宙已有 138 亿年的历史，而且可观测宇宙与我们的距离与光在宇宙诞生以来的时间中所能传播的距离一样远，您可能会假设可观测宇宙在各个方向上仅延伸 138 亿光年。但因为宇宙在不断膨胀，所以情况并非如此。当我们观察遥远的星系时或者星星，我们真正看到的是它第一次发光时的位置，但是星系或恒星比我们看到它时要远得多。使用宇宙微波背景辐射，我们可以计算出宇宙膨胀的速度，因为这个速度是恒定的——这是目前科学家最好的猜测（尽管一些科学家认为它可能会放缓）——这意味着可观测的宇宙实际上据 Live Science 的姊妹网站Space.com 称，它向各个方向延伸 460 亿光年。

　　但是知道可观测宇宙有多大并不能告诉我们我们所知道的关于其中有多少原子的所有信息。我们还需要知道其中有多少物质或东西。

　　宇宙假设

　　然而，物质并不是宇宙中唯一的东西。事实上，据美国宇航局称，它只占宇宙的 5％ 左右。其余的由暗能量和暗物质组成，但因为它们不是由原子组成的，所以对于这个谜，我们不需要担心它们。

　　根据爱因斯坦著名的E=mc^2方程，能量和质量，或者说物质，是可以互换的，所以物质有可能由能量产生或者转化为能量。但是在宇宙的宇宙尺度上，我们可以假设被创造和未被创造的物质的数量相互抵消。根据《科学美国人》的说法，这意味着物质是有限的，所以在可观测的宇宙中，原子的数量和以往一样多。这很重要，因为我们对可观测宇宙的描述并不是时间上的单一快照。

　　根据我们对已知宇宙的观察，支配它的物理定律在任何地方都是一样的。结合宇宙膨胀不变的假设，这意味着在大尺度上，物质均匀分布在整个宇宙中——这一概念被称为宇宙学原理。换句话说，宇宙中没有任何区域的物质比其他区域多。这一想法使科学家能够准确估计可观测宇宙中恒星和星系的数量，这很有用，因为大多数原子都是在恒星中发现的。

　　简化方程

　　了解可观测宇宙的大小以及物质在其中均匀且有限地分布使得计算原子数量变得容易得多。然而，在拿出计算器之前，我们还需要做一些假设。

　　首先，我们必须假设所有的原子都包含在恒星中。不幸的是，与恒星相比，我们对可观测宇宙中有多少行星、卫星和太空岩石的了解要少得多，这意味着很难将它们加入方程。但是因为宇宙中绝大多数原子都包含在恒星中，所以我们可以通过计算出恒星中有多少原子，并忽略其他一切来很好地近似宇宙中的原子数量。

　　其次，我们必须假设宇宙中的所有原子都是氢原子，即使它们不是。根据洛斯阿拉莫斯国家实验室的数据，氢原子占宇宙原子总数的 90％ 左右，在恒星中的原子比例更高，这也是我们关注的重点。正如您很快就会看到的，它还使计算变得更加简单。

　　做数学

　　现在，终于到了做数学的时候了。

　　为了计算可观测宇宙中的原子数量，我们需要知道它的质量，这意味着我们必须找出有多少颗恒星。根据欧洲航天局的数据，可观测宇宙中大约有 10^11 到 10^12 个星系，每个星系包含 10^11 到 10^12 个恒星。这给了我们 10^22 到 10^24 颗星之间的某个位置。为了这个计算的目的，我们可以说在可观测的宇宙中有 10^23 颗恒星。这只是最好的猜测；星系的大小和恒星数量不等，但是因为我们不能单独计算它们，所以现在只能这样了。

　　根据科学 ABC 的数据，一颗恒星的平均重量约为 2.2x10^32 磅（10^32 千克），这意味着宇宙的质量约为 2.2x10^55 磅（10^55 千克）。既然我们知道了物质的质量或数量，我们需要看看有多少原子可以放入其中。根据伊利诺伊州粒子物理学国家实验室费米实验室的数据，平均每克物质大约有 10^24 个质子。这意味着它与氢原子的数量相同，因为每个氢原子只有一个质子（因此我们对氢原子做出了先前的假设）。

　　这为我们提供了可观测宇宙中的 10^82 个原子。把它放在上下文中，即 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000

　　当然，这个数字只是一个粗略的猜测，基于一些近似值和假设。但鉴于我们目前对可观测宇宙的理解，它不太可能离谱太远。